@phdthesis{Fuchs2012, author = {Fuchs, Andreas Rudolf}, title = {3D-Pulverdruck von Zellkulturtr{\"a}gern mit Magnesium-Phosphat-Chemie}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77415}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals im 3D-Pulerdruckverfahren hergestellte Struvit-Matrizes auf ihre Eignung als Tr{\"a}germaterial f{\"u}r Knochenzellen in vitro untersucht. Hierzu wurde die Zytokompatibilit{\"a}t sowie die chemische L{\"o}slichkeit von gedruckten Struvit-Strukturen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurde untersucht, ob die biologische Funktion von BMP-2-L{\"o}sungen nach Durchlaufen des Druckprozesses erhalten bleibt und ob es m{\"o}glich ist, BMP-2 unter Beibehaltung seiner biologischen Wirksamkeit direkt in Struvit-Matrizes zu drucken. Als Reaktanten zur Herstellung der Struvit-Matrizes wurde modifiziertes Farringtonit-Pulver mit definierter K{\"o}rnung und eine {\"a}quimolare Binder-L{\"o}sung aus DAHP und ADHP verwendet. Die untersuchten Zellkulturtr{\"a}ger mit Magnesiumammoniumphosphatchemie zeigten eine ausreichende Zytokompatibilit{\"a}t in vitro. Außerdem wurde gezeigt, dass thermolabile Proteine wie BMP-2 im 3D-Pulverdruckverfahren unter weitgehender Beibehaltung ihrer biologischen Wirksamkeit in vitro grunds{\"a}tzlich prozessierbar sind. Die Freisetzung direkt eingedruckter Proteine aus den Struvit-Matrizes blieb jedoch hinter den Erwartungen zur{\"u}ck. Mit Struvit steht ein alternatives Zementsystem f{\"u}r den 3D-Pulverdruck zur Verf{\"u}gung, welches spezifische Vorteile gegen{\"u}ber den etablierten Calciumphosphaten bietet. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Ursache f{\"u}r die geringe BMP-Freisetzung aus den Struvit-Matrizes zu ermitteln und die Vorteile der neutralen Abbindereaktion voll nutzen zu k{\"o}nnen.}, subject = {Struvit}, language = {de} } @phdthesis{Wimmer2019, author = {Wimmer, Katharina}, title = {Analyse der Osteoklastendifferenzierung auf elektrochemisch abgeschiedenen strontiumdotierten Struvitschichten}, doi = {10.25972/OPUS-19141}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191417}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2019}, abstract = {Bei der Implantatversorgung von Patienten mit Osteoporose besteht weiterhin eine hohe Komplikationsrate vor allem durch aseptische Prothesenlockerungen. Eine vielversprechende M{\"o}glichkeit diese zu minimieren stellt eine Funktionalisierung der Implantate mit Strontium dar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es dabei die Wirkung lokal verf{\"u}gbaren Strontiums auf osteoklast{\"a}re und osteoblast{\"a}re Zellen zu untersuchen. Mittels elektrochemischer Abscheidung erfolgte die Beschichtung von Titanproben mit strontiumdotiertem Struvit, wobei sieben verschiedene Dotierkonzentrationen zwischen 6 µg und 487 µg Strontium pro Probe hergestellt wurden. Die Untersuchungen an osteoklast{\"a}ren RAW 264.7 Zellen erfolgten mittels Bestimmung von Zellzahl und -aktivit{\"a}t, verschiedener mikroskopischer Methoden sowie auf genetischer Ebene. Osteoblast{\"a}re MG63-Zellen wurden orientierend anhand von Zellzahl und Zellaktivit{\"a}t untersucht. Zellbiologisch konnte ein hemmender Einfluss von Strontium auf Differenzierung sowie Proliferation und Aktivit{\"a}t osteoklast{\"a}rer Zellen gezeigt werden. Die Dotierkonzentration mit den g{\"u}nstigsten Eigenschaften war unter vorliegenden Versuchsbedingungen 487 µg Strontium pro Probe, da sich hierbei zudem eine erhaltene ostoblast{\"a}re Proliferation und Aktivit{\"a}t zeigte.}, subject = {Osteoblast}, language = {de} } @phdthesis{Sadek2020, author = {Sadek, Alexander}, title = {Elektrochemisch gest{\"u}tzte Abscheidung kupfer- und zinkdotierter Magnesiumphosphatschichten auf Titan}, doi = {10.25972/OPUS-20916}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-209166}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2020}, abstract = {Zur Entwicklung von Implantaten, welche eine komplikations{\"a}rmere Einheilung aufweisen, wurde eine d{\"u}nne, homogene Beschichtung von Titanprobenk{\"o}rpern mit Struvit mithilfe elektrochemischer Abscheidung generiert. Hierbei wurden dem Basiselektrolyt in den Versuchsreihen unterschiedliche Konzentrationen an Kupfer-(II)-nitrat-3-hydrat- und/oder Zinknitrat-6-hydratl{\"o}sung hinzugef{\"u}gt. Die experimentelle Freisetzung erfolgte in drei unterschiedlichen physiologischen N{\"a}hrmedien: simulated body fluid (SBF), fetal calf serum (FCS) und Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM). Es konnte gezeigt werden, dass eine antibakteriell wirkende Menge an Kupfer- und Zinkionen freigesetzt wurde. Zusammenfassend stellt die elektrochemische Abscheidung von mit Kupfer- und Zink-dotierten Struvit auf Titanoberfl{\"a}chen einen vielversprechenden Ansatz in der Implantologie hinsichtlich der Einheilzeit im Knochen sowie der Risikominimierung des Verlustes dar.}, subject = {Struvit}, language = {de} } @phdthesis{Kufner2010, author = {Kufner, Andreas}, title = {In vitro Untersuchungen zur Biokompatibilit{\"a}t von Magnesiumammoniumphosphat-Zementen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48985}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2010}, abstract = {Das Ziel dieser Arbeit war es, die grunds{\"a}tzliche Eignung von verschiedenen Magne-siumammoniumphosphat-Zementen f{\"u}r den eventuellen sp{\"a}teren Einsatz beim Men-schen zu bewerten; daf{\"u}r wurden diverse in vitro Versuchsreihen zur Pr{\"u}fung der Biokompatibilit{\"a}t dieser Verbindungen durchgef{\"u}hrt. Als Referenz diente bei diesen Versuchsreihen ein beim Menschen bereits erfolgreich eingesetzter nanokristalliner, kalziumarmer Hydroxylapatit-Zement. F{\"u}r diese Biokompatibilit{\"a}tspr{\"u}fungen wurde auf den verschiedenen Testoberfl{\"a}-chen (Mg0,75Ca2,25(PO4)2 -, Mg1,5Ca1,5(PO4)2 -, Mg2,25Ca0,75(PO4)2 -, Mg3(PO4)2 -, Ca3(PO4)2-Zement) eine jeweils definierte Menge an humanen Osteoblasten der Zelllinie MG-63 aufgebracht und diese Zellen wurden danach {\"u}ber einen 14-t{\"a}gigen Zeitraum kultiviert. Die Biokompatibilit{\"a}ts{\"u}berpr{\"u}fungen erfolgten mittels bestimmten Zellproliferations- und Zellaktivit{\"a}tsmessungen; anhand der ermittelten Ergebnisse hinsichtlich Zellzahl und Zellaktivit{\"a}t sollte danach die Eignung dieser neuartigen Magnesiumammoniumphosphat-Zemente zur Verwendung im menschlichen K{\"o}rper beurteilt werden. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden die jeweiligen Oberfl{\"a}chenstrukturen der einzelnen Zemente genauer untersucht; außer-dem konnte mit diesen Fotografien das Wachstum und die zellul{\"a}re Morphologie von humanen Osteoblasten auf den unterschiedlichen Oberfl{\"a}chen analysiert werden. Bei der Auswertung des Zellwachstums wurden die jeweils h{\"o}chsten Werte in beiden Versuchsreihen auf dem Hydroxylapatit-Zement gemessen; bei den vier Magnesi-umammoniumphosphat-Zementen waren dagegen weitaus geringere Zellprolifera-tionsvorg{\"a}nge innerhalb der Versuchsreihen zu beobachten. Auch bei der gesamten mitochondrialen Zellaktivit{\"a}t aller Osteoblasten erreichte der Hydroxylapatit-Zement in beiden Versuchen den maximalen Wert; der Unterschied zu den Werten bei den Magnesiumammoniumphosphat-Zementen war hier allerdings deutlich geringer als bei der Gesamtzellzahl. Vor allem beim Mg3(PO4)2 -Zement konnten in beiden Ver-suchen fast {\"a}hnlich hohe Werte beobachtet werden wie beim Hydroxylapatit-Zement. Untersuchte man dagegen die mitochondriale Aktivit{\"a}t der jeweiligen Einzelzelle auf den Oberfl{\"a}chen, unabh{\"a}ngig vom Gesamtwachstum, so konnte f{\"u}r den Hydroxyl-apatit-Zement die niedrigste Aktivit{\"a}t nachgewiesen werden. Die h{\"o}chste mitochon-driale Einzelzellaktivit{\"a}t hatten in beiden Versuchsreihen die Osteoblasten auf dem Mg3(PO4)2 -Zement; auch die anderen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindun-gen konnten trotz des insgesamt geringen Zellwachstums auf diesen Oberfl{\"a}chen re-lativ hohe Werte bei der Einzelzellaktivit{\"a}t erreichen. Insgesamt betrachtet war somit das Zellwachstum auf dem Hydroxylapatit-Zement signifikant st{\"a}rker ausgebildet als auf allen Magnesiumammoniumphosphat-Verbin-dungen; trotz des im Vergleich geringen Zellwachstums konnte auf den Magnesium-ammoniumphosphat-Zementen aber ein hohes Maß an mitochondrialer Zellaktivit{\"a}t festgestellt werden. Die Auswertung der Oberfl{\"a}chenstruktur der verschiedenen Zemente mittels raster-elektronenmikroskopischer Bilder ergab f{\"u}r den Hydroxylapatit-Zement eine sehr ho-mogene und wenig por{\"o}se Oberfl{\"a}che. Im Gegensatz dazu konnte bei den Magne-siumammoniumphosphat-Zementen (mit Ausnahme des Mg0,75Ca2,25(PO4)2 -Ze-ments) eine sehr raue Oberfl{\"a}che mit einer starken Porosit{\"a}t nachgewiesen werden. Bei der Analyse der Zellmorphologie der Osteoblasten konnten keine deutlichen Unterschiede auf den verschiedenen Oberfl{\"a}chen beobachtet werden. Es zeigten sich vor allem {\"a}hnliche Formen der Zellk{\"o}rper und auch die Anzahl der Zellen war re-lativ einheitlich; bei den zytoplasmatischen Zellforts{\"a}tzen konnten Unterschiede be-z{\"u}glich ihrer L{\"a}nge dargestellt werden. Auch die Auswertung der massenspektrometrischen Versuchsreihe ergab f{\"u}r die ver-schiedenen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindungen ein sehr einheitliches Bild; beim Vergleich mit der Referenzoberfl{\"a}che des Hydroxylapatit-Zements zeigte sich jedoch eine deutliche Diskrepanz bez{\"u}glich der Freisetzung von den verschie-denen Substanzen. F{\"u}r die letztendliche Bewertung der Biokompatibilit{\"a}t von Magnesiumammonium-phosphat-Zementen und den eventuellen Einsatz als Knochenersatzmaterial bedarf es allerdings nicht nur zus{\"a}tzlicher in vitro Versuchsreihen wie in der vorliegender Ar-beit, sondern auch vieler weiterf{\"u}hrender Forschungsarbeiten, um die hier erzielten Ergebnisse zu verifizieren.}, subject = {Magnesiumammoniumphosphat-Zement}, language = {de} } @phdthesis{Wenninger2013, author = {Wenninger, Florian}, title = {Modifikation von Titanoberfl{\"a}chen mittels elektrochemischer Abscheidung von Magnesiumphosphaten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85557}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2013}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter f{\"u}r eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberfl{\"a}chen abgeschieden wurde, hing dabei haupts{\"a}chlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 - 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die f{\"u}r die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 f{\"u}r Struvit und 105,3 mA/cm2 f{\"u}r Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 f{\"u}r Struvit und 0,6 mg/cm2 f{\"u}r Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) f{\"u}hrten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberfl{\"a}chenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen f{\"u}r eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in f{\"o}talem K{\"a}lberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabst{\"a}nden wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der R{\"o}ntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS gr{\"o}ßtenteils und in SBF vollst{\"a}ndig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein {\"a}hnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zus{\"a}tzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, l{\"o}sten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberfl{\"a}chen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilit{\"a}t, hohe L{\"o}slichkeit und mechanische Festigkeit) ist f{\"u}r zuk{\"u}nftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Ein weiterer Aspekt zuk{\"u}nftiger Untersuchungen ist die m{\"o}gliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterst{\"u}tzung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier k{\"o}nnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage f{\"u}r kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.}, subject = {Magnesiumphosphate}, language = {de} } @phdthesis{Schaufler2023, author = {Schaufler, Christian Thomas Siegfried}, title = {Osteogenes Potential additiv gefertigter Calciummagnesiumphosphat-Keramiken}, doi = {10.25972/OPUS-31179}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-311798}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Der steigende Bedarf an Knochenersatzmaterialien (KEM) in Medizin und Zahnmedizin verdeutlicht die Notwendigkeit der Etablierung weiterer alloplastischer, also synthetisch hergestellter, KEMs. Additive Fertigung erm{\"o}glicht die Herstellung patientenspezifischer Implantate. Hierf{\"u}r wird auf Basis von 3D Bildgebung eines Knochendefekts, ein Implantat mittels CAD geplant und anschließend mittels additiver Fertigung, zum Beispiel durch 3D Pulverdruck hergestellt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des osteogenen Potentials in vitro von Calciummagnesiumphosphatkeramiken mit der allgemeinen Strukturformel CaxMg(3-x)(PO4)2 mit x = 0; 0,25; 0,75; 1,5; 3 aus additiver Fertigung. Hierf{\"u}r wurden Pr{\"u}fk{\"o}rper mittels 3D Pulverdruck gedruckt, anschließend durch Hochtemperatursinterung verfestigt und durch Behandlung mit reaktiven L{\"o}sungen nachgeh{\"a}rtet. Abh{\"a}ngig von der reaktiven L{\"o}sung wandelte sich die Keramik teilweise in Struvit, Bruschit und Newberyit um. Die biologische Testung in vitro erfolgte mit hFOB 1.19 Zellen und ergab eine gute Biokompatibilit{\"a}t sowie die Ausdifferenzierung osteogener Progenitorzellen f{\"u}r fast alle Keramikphasen, wobei die newberyithaltigen Keramiken tendenziell bessere Ergebnisse erzielten.}, subject = {Knochenzement}, language = {de} } @phdthesis{Gefel2023, author = {Gefel, Eugen}, title = {Zellul{\"a}re Resorption 3D-gedruckter Knochenimplantate auf Basis von Calciummagnesiumphosphaten}, doi = {10.25972/OPUS-32224}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322248}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {F{\"u}r die Behandlung von Knochendefekten kritischer Gr{\"o}ße gibt es heute eine Reihe von Therapiem{\"o}glichkeiten. Neuartige Ans{\"a}tze mit Magnesiumphosphat- (MPC) und Calciummagnesiumphosphatzementen (CMPC) haben sich als echte Alternativen zu den etablierten Calciumphosphaten erwiesen. Ziel war es, die Osteoklastogenese in vitro auf 3D-pulvergedrucktem CMPC und MPC zu induzieren und die zellul{\"a}re Resorption (zR) zu analysieren. Polystyrol (PS), Glas, β-TCP und Brushit-bildender Zement dienten als Referenzen. Als Proben wurden Zemente der allgemeinen st{\"o}chiometrischen Summenformel CaxMg(3-x)(PO4)2 (x = 0; 0,25; 0,75; 3) verwendet, die Struvit oder Newberyit enthielten. F{\"u}r die Osteoklastogenese wurden monozytenangereicherte PBMCs aus Buffy-Coat mittels dreifacher Dichtegradientenzentrifugation isoliert, auf die Pr{\"u}foberfl{\"a}chen ausges{\"a}t und {\"u}ber einen Zeitraum von 22 Tagen mit Zytokinen (M-CSF und RANKL) stimuliert. Die Interaktion der Zellen mit den Zementen bzw. PS/Glas wurde mittels TRAP-F{\"a}rbung und -Aktivit{\"a}t, DNA- und Ionenkonzentrationen (Ca2+, Mg2+, PO43-, pH-Wert), Rasterelektronen-, Durchlicht-, Auflicht- und Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Auf den Struvit- und Newberyit-bildenden Zementen konnten keine f{\"u}r Osteoklasten typischen Riesenzellen nachgewiesen werden. Auf den Struvit-bildenden Zementen wurde deutlich mehr mononukle{\"a}re Zellen nachgewiesen wurden als auf den Newberyit-bildenden Zementen. W{\"a}hrend die Freisetzung von Mg2+ und PO43- ausschließlich durch die chemische Degradation erfolgte, wurde Ca2+ zun{\"a}chst adsorbiert und anschließend durch zR freigesetzt. Die erh{\"o}hte Ca2+-Adsorption im Vergleich zur Ca2+-Resorption f{\"u}hrte insgesamt zu einer Calcium-Pr{\"a}zipitation. Da lediglich auf β-TCP Resorptionslakunen beobachtet wurden, wird angenommen, dass auf den CMPC, MPC und Brushite-bildenden Zementen die zellvermittelte Ca2+-Freisetzung von den Pr{\"a}zipitaten ausging, die von Makrophagen auf den Zementen und/oder Riesenzellen auf den Wellplatten resorbiert wurden.}, subject = {Knochenzement}, language = {de} }